Heureusement pour la vie sur Terre, l’atmosphère de la planète bloque la plupart des dangereux rayonnements gamma. Mais parce que
Cette trouvaille s'appelait les bulles de Fermi.Bien que la nature de ce phénomène reste un mystère, les scientifiques pensent qu'ils sont associés à un trou noir supermassif situé au centre de la galaxie. Mais une nouvelle étude montre que ce n'est pas tout à fait vrai.
Comment étudie-t-on le rayonnement gamma cosmique ?
L'univers abrite de nombreuxphénomènes exotiques et magnifiques, dont certains peuvent générer une quantité d'énergie presque inimaginable. Trous noirs supermassifs, fusions d'étoiles à neutrons, flux de gaz chauds se déplaçant à une vitesse proche de la lumière. Ce ne sont là que quelques exemples d'événements qui génèrent un flux de rayons gamma.
Rappelons que le rayonnement gamma est le plusforme d'énergie du rayonnement électromagnétique. Il a la longueur d'onde la plus courte (moins de 2⋅10−10 m) et est un flux de photons de haute énergie. Un tel rayonnement a des propriétés ionisantes, c'est-à-dire qu'il peut transformer des atomes en ions chargés.
Puisque la vue depuis le sol est bloquée, les scientifiques ne peuvent pasn'avait aucune idée de la richesse des rayons gamma dans le ciel jusqu'à ce que les instruments de recherche soient lancés dans l'espace. Les premières observations accidentelles ont été faites par les satellites Vela lancés dans les années 1960 pour surveiller les essais nucléaires interdits.
Illustration d'artiste du satellite Vela en orbite autour de la Terre. Image : Domaine public, lien
Le 2 juillet 1967, les détecteurs des satellites Vela 4 etVela 3 a enregistré la première rafale de rayonnement gamma, contrairement à toutes les signatures connues associées aux armes. Une analyse plus approfondie a montré que cela n'avait rien à voir avec la Terre et les essais de la bombe atomique.
Une étude complète du rayonnement gamma dansl'espace a commencé avec le lancement du télescope spatial Fermi en 2008. L'appareil se compose d'un moniteur de rayons gamma et d'un large télescope. Fermi utilise des scintillateurs, c'est-à-dire des substances qui peuvent briller lorsqu'elles absorbent des rayonnements ionisants. La lumière de ces capteurs est capturée par un photodétecteur, ce qui vous permet de fixer la puissance de rayonnement. Les scintillateurs du télescope sont sur les côtés du vaisseau spatial pour voir tout le ciel non obscurci par la Terre.
Le télescope à grande surface (LAT) détecterayons gamma individuels, en utilisant une technologie similaire aux accélérateurs de particules terrestres. Les photons frappent de fines feuilles de métal, se transformant en paires électron-positon. Ces particules chargées traversent des couches alternées de détecteurs à microruban de silicium, provoquant une ionisation qui produit de minuscules impulsions détectables de charge électrique.
Au fil des ans, Fermi a réalisé de nombreuxdécouvertes étonnantes. Par exemple, il a été le premier à découvrir un pulsar qui n'émet que des rayons gamma, a appris que les restes de supernova agissent comme un accélérateur de particules géant et a observé des éclairs de rayons gamma lors d'orages sur Terre. Mais la découverte la plus surprenante est celle des bulles de Fermi.
Illustration d'artiste du télescope Fermi. Image : Laboratoire d'images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA
Plus il y a de recherches, plus il y a de mystères
En novembre 2010, des chercheurs ont annoncé queDe part et d'autre du noyau de la Voie lactée, deux grandes structures elliptiques de plasma énergétique ont été découvertes qui émettent des ondes gamma et X. Ces structures, appelées bulles de Fermi, s'étendent sur 25 000 années-lumière de haut en bas depuis le centre galactique. À titre de comparaison, la distance qui le sépare du Soleil est d'environ 26 000 années-lumière.
Illustration artistique des bulles de Fermi. Vidéo : NASA
Rayonnement gamma de fond diffusé dans la galaxie etl'espace environnant, a interféré avec la détection précédente de ces structures géantes inhabituelles. Mais la puissance du télescope de Fermi et les avancées technologiques ont permis de surmonter ce problème.
Les chercheurs pensent que la source des bullesest un trou noir supermassif dans la galaxie. De plus, ils doivent être liés à travers elle. L'hypothèse la plus populaire suggère que le trou noir absorbe activement la matière, projetant des jets géants de plasma visibles dans le spectre électromagnétique. Des sources similaires ont déjà été découvertes dans d'autres galaxies.
Données d'observation sur les bulles de Fermi. Vidéo : NASA
Pour confirmer cette théorie, les scientifiques ont recherché de telsles « cheminées » sont des jets colonnaires de plasma perpendiculaires au plan de la galaxie. Bientôt, quelque chose de similaire a été remarqué et mesuré plus tard à l'intérieur des bulles de Fermi.
Des recherches plus poussées ont toutefois fourni de nouvellesdes questions. Il s'est avéré que les bulles n'avaient pas l'air symétriques, comme le suggérait la théorie. Alors que dans l'un d'eux une image claire de la "cheminée" a été tracée, dans l'autre - au cours des mesures, elle a commencé à disparaître. De plus, un étrange "cocon" de point lumineux a été trouvé dans l'un d'eux, ce qui ne pouvait en aucun cas être expliqué.
La nature mystérieuse du "cocon"
Explorant les pétales des bulles de Fermi, les chercheursont découvert qu'ils étaient recouverts de plusieurs structures mystérieuses constituées de rayons gamma très brillants et proéminents. L'un des points les plus brillants a été trouvé dans le lobe sud et a été nommé le cocon de Fermi.
Cocon Fermi. Image : Kavli IPMU
Dans un article récemment publié dans la revue NatureAstronomie, les chercheurs ont rapporté avoir pu déterminer la nature de ce cocon. Dans leur travail, les scientifiques ont analysé les données des télescopes spatiaux GAIA et Fermi pour montrer que le cocon de Fermi provient en fait du rayonnement de la galaxie elliptique naine du Sagittaire (SagDEG).
Cette galaxie satellite de la Voie lactée est visible lorsqueobservation depuis la Terre à travers les bulles de Fermi. En raison de son orbite étroite, il a perdu une grande partie de son gaz interstellaire alors qu'il orbite autour de notre Galaxie, et nombre de ses étoiles ont été arrachées de leur disque stellaire et entraînées dans les flux qui suivent SagDEG.
Localisation du Soleil et de la Galaxie Elliptique Naine en Sagittaire. Image : Kavli IPMU
Cette galaxie est pratiquement dépourvue de matière pourformation d'étoiles et processus actifs. Cependant, il peut toujours masquer des sources de rayonnement gamma. Dans leurs travaux, les astrophysiciens ont montré que la lueur mystérieuse du cocon de Fermi peut s'expliquer par les nombreux pulsars millisecondes situés dans la galaxie SagDEG.
Les pulsars millisecondes sont des vestigescertains types d'étoiles, beaucoup plus massives que le Soleil, qui sont dans des systèmes binaires proches. Sous l'influence d'une rotation extrême, ils projettent des particules accélérées dans l'espace. Les électrons libérés par les pulsars millisecondes entrent en collision avec des photons de fond cosmiques micro-ondes à faible énergie, les poussant vers des rayons gamma à haute énergie.
Bien que les chercheurs aient pu expliquer une situation distinctel'effet associé aux bulles de Fermi, la nature complexe de ce phénomène et du rayonnement gamma cosmique en général reste un mystère. Bien que les noyaux galactiques actifs aient longtemps été considérés comme la principale source de rayons gamma, on sait maintenant que c'est faux.
Une hypothèse alternative suggère quel'interaction inconnue de la matière noire peut former la majeure partie de ce rayonnement. Les scientifiques pourront le découvrir dans de nouvelles expériences, et peut-être que des indices supplémentaires contiennent de mystérieuses bulles de Fermi.
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Image de couverture : NASA/GSFC/DOE/Fermi LAT/D.Finkbeiner et al.